Блок привода дифференциала с принудительным сцеплением

,123707 1504 В 60 К 17/ ГОСУД АРСПО ДЕЛ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕН(21) 3570558/27- (22) 25,03,83 (46) 07,06.86, Б :(71) и 72) Карл Е ,(53) 629.113-587 юл, У 21Шоу (БЯ (088.8) 11 2720796 1955. б) Патент США НКИ 74-711, ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) 1, БЛОК ПРИВОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ, содержащий два соосных вала, установленных с возможностью вращения в корпусе, установленном с возможностьювращения вокруг оси соосных валов,а также средство сцепления, выполненное в виде сопряженных поверхностейЧ-образных клиновидных зубьев, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения срока службы, в неговведено центральное приводное кольцо,установленное соосно корпусу и присоединенное к нему, пара нажимных колец, каждое иэ которых расположеносоосно с центральным приводным кольцом по обе его стороны с возможностьюосевого перемещения в направлении кцентральному приводному кольцу и отнего и вращения в корпусе, взаимодействующие друг с другом Ч-образныеклиновидные зубья выполненные на смежных, обращенных друг к другу сторонахцентрального приводного кольца и каждого из нажимных колец, стопорноекольцо, расположенное с возможностьювращения и соосно с центральным приводным кольцом и в соосном отверстии,выполненном в каждом иэ нажимных колец, и выступающее через центральное риводное кольцо и между двумя нажймными кольцами, причем стопорное кольцо имеет шлицевые зубья, выполненныена его противоположных конечных участках и взаимодействующие с соответствующими шлицевыми зубьями нажимныхколец, выполненными на периферийномторцовом участке, образующем отверстие, при этом между смежными шлицевыми зубьями нажимного кольца и шлицевыми зубьями стопорного кольца образован зазор, средство сцепления,установлено между каждым нажимнымкольцом и соответствующим ему концомсмежного вала, пружина, выполненнаяв форме спирали и расположенная в,утри центрального приводного кольцамежду двумя нажимными кольцами иохватывающая стопорное кольцо.2. Блок по п. 1, о т л и ч а ющ н й с я тем, что средство сцепления содержит коническую поверхностьсцепления, выполненную на каждом изнажимных колец и фрикционно связанную с соответствующей ей коническойповерхностью. сцепления, выполненнойна осевом кольце, установленном наконце смежного ему вала.3. Блок по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что средство сцепления для каждого из нажимных колецсодержит последовательно набранныеслоями пластины сцепления, поперемен.но прикрепленные к соответствующемунажимному кольцу и смежной втулкесцепления, причем набранные слоямипластины сцепления установлены с возможностью осевого перемещения однаотносительно другой,12370Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к транспортным средствам.Целью изобретения является повышение срока службы.На фиг. 1 представлена конструкция дифференциала, поперечное сечение (первый вариант); на фиг. 2цент- ральноЕ приводное кольцо дифференциала и два нажимных кольца в процес се нормальной работы привода, т.е. когда обе оси приводятся в движение с одной и той же скоростью; на фиг3- стопорное кольцо и два нажимных кольца, соответствующие относительному расположению находящихся в зацеплении зубьев в ходе условий нормального привода; на фиг. 4 - то же, чта на фиг. 2, но нажимное кольцо атцепленаот центрального приводного кольца, причем его муфта отсаединена для обеспечения свободного вращения колеса расположенной с правой стороны оси; на фиг, 5 - то же, что на фиг. 3, но показывающее относительное разме 25 щение сцепленных зубьев стапарнага кольца и двух нажимных колец в ходе условий работы, представленных на фиг, 4; на фиг, 6 - частичное поперечное сечение, соответствующее случаю, когда отсоединен ряд частей, которые образуют дифференциал; на фиг, 7 - поперечное сечение дифференциала, имеющего сцепление дискавага типа (второй вариант); на фиг. 8- частичное поперечное сечение, изобра 35 жающее некоторые части, которые образуют сцепление дискового типа в дифференциале, показанном на фиг. 7.На фиг. 1 показан дифференциал в40 соответствии с предлагаемым изобрете" нием, в котором используется муфта конического типа. Дифференциал содержит вращаемый внешний кожух или корпус 1. Корпус образован частью 2, имеющей фланец, и противоположной частью 3, между которыми расположен плоский кольцеобразный элемент 4, Две части корпуса скреплены вместе болтами 5, которые проходят через находящиеся на одной оси отверстия в каждой50 из частей, а также через отверстия б, проделанные в плоском кольце. Отверстия в противоположной части 3 снабже.ны винтовой нарезкой, так что болты могут механически соединять две части вместе, образуя при этом полый корпус.Каждая из частей снабжена с выполненным в форме рукава концевым эле 72 2ментам для подшипника 7, вокруг которогоустановлен подшипник 8, Подшипник 8 закреплен внутри внешней конструкции дифференциала или внешнего корпуса, который является неподвижным, так что корпус 3 может вращаться внутри нега на подшипниках 8. Неподвижный корпус имеет стандартную конструкцию.Стандартная коническая зубчатая персцача 9 прикреплена к фланцу 10, который выполнен как единое целое с имеющей фланеп частью 1 корпуса. Для прикрепления зубчатой конической передачи к фланпу используются болты 11. Зубчатая коническая передача сцеп ляется с приводным зубчатым колесом 12, закрепленным на конце приводного вала 13, который может соответствовать карданнаму или приводному валу двигателя, которые имеют стандартную конструкцию.Пара осей или валов 14 вь,"ступает внутрь корпуса через концы для установки подшипников 7. Внутренние концы осей снабжены шлицами 15, Ступицы илп кольца асей 16, имеющие выполненные в форме шлиц зубья 17, выступают и сцепляются с имеющими шлииы внутрен ними концами 15 осей так, что ступицы могут скользить в осевом направлении па осям. Центральное приводное кольцо или нажимнай элемечт 18 выполнены как единое целое с плоским кольцеобразным элементом, который разделяет две части корпуса. Таким образом, центральное приводное кольцо вращается вместе С корпусом как с ега частью, Противоположные поверхности центрального приводного кольца снабжены клинообразными зубьями 19, которые в поперечном сечении имеют Ч-образную форму.Центральное приводное кольцо рас положена между парой нажимных колец 20, каждое из которых имеет клинообразные зубья 21, предназначенные для зацепления или соединения с зубья ми 19 центрального приводного кольца.Каждое из нажимных колец также снабжено внутренним шпицем 22.Стапорное кольцо или так называемое поперечное" кольцо 23 расположена внутри корпуса соасно и с высту пающим через центры нажимных колец и центральное приводное кольцо. Шлицевые зубья 24, выполненные на стопарнам .кольце. на ега противоположных кромках, свободна сцепляются с1237зубьями шлиц 22 нажимных колец 20. Шлицевые зубья 24 стопорного кольца могут быть выполнены в виде пары пространственно разнесенных друг от друга образований, напоминающих 5 зубья шестерни, или в другом варианте в качестве образования соответствующего одному зубу, выступающему полностью по поверхности кольца,Ободы 25 нажимных колец 20 значительно расширены и каждый из них снабжен внутренней конической сцепляющей поверхностью 26, которая контактирует с внешней конической сцепляющей поверхностью 27, предусмотрен ной на сцепляющей втулке соседней оси 16. Каждая втулка выполнена таким образом, что в ней имеется внешняя коническая часть 28, которая вхо дит в коническое гнездо 29, выпол ненное внутри частей корпуса 2 и 3 (фиг. 1) .Спиральная пружина 30 охватывает стопорное.кольцо, а ее противоположные концы упираются в противоположно , расположенные нажимные кольца. Спиральная пружина обеспечивает неболь шое, действующее в осевом направле нии и направленное во внешнее пространство, давление, оказываемое на нажимные кольца, так что они в нормальных условиях имеют тенденцию фактически мгновенно двигаться во внепгнее пространство для сцепления муфт.Работа дифференциала схематически З 5 иллюстрируется на фиг. 2-5, Центральное приводное кольцо или нажимной элемент 18 приводится во вращательное движение вращающимся корпусом, как показано большой стрелкой. По мере 40 вращения центрального приводного кольца его клинообразные зубья 19 зацепляются и заклиниваются с соседними клинообразными зубьями 21 каждого из соседних нажимных колец 20. 45 Обеспечивающее заклиниваиие усилие показано маленькими стрелами, изображенными на сцепляющихся зубьях. Таким образом, вращательное движение центрального приводного зубчатого 50 механизМа приводит к тому, что нажим" ные кольца начинают вращаться аналогичным образом, Прижимные конические поверхности сцепления или сцепляемой поверхности 26 обеспечивают контакт у с соответствующими коническими по верхностями 27 сцепления на втулках сцепления с двойным конусом. Поэтому втулки вращаются вместе с нажимнымикольцами, вследствие того, что они сосоединены с помощью шлиц с осями,причем оси вращаются с той же самойскоростью, которая соответствует скорости геремещения транспортного средства по прямолинейной траектории,Величина смещения в осевом направлении во внешнее пространство, совершаемого прижимными кольцами под воздействием заклинивающего воздействия,обуславливаемого сцеплением клинообразных зубьев, может быть порядка 2030 тысячных дюйма, Чем меньше величина этого перемещения, тем короче время сцепления. Обычно время сцепленияявляется очень малым, так что фактически обеспечивается мгновенное сцепление, что фактически увеличивает вре"мя во всех практически наблюдаемых,случаях, в течение которого обе веду.щих оси получают крутящий момент свыхода дифференциала,В ходе условий привода (фиг. 2)стопорное кольцо или поперечное кольцо 23 находится в положении, когдаего шлицевые зубья 24 находятся поцентру относительно зубьев шпиц 24нажимных колец. Сцепленные зубьяшлиц 22 и шлицы стопорного кольцаимеют некоторую слабину, так чтообеспечивается мертвый ход достаточной величины, чтобы обеспечить центрирование зубьев (фиг, 3) .На фнг, 4 показано правое нажимное кольцо 20, показанное в отсоединенном положении от соединения егов сцеплении с втулкой оси. Условие,подобное этому, возникает в том случае, когда транспортное средстводелает поворот налево или перемещается по направленной влево криволинейной траектории, так что располо"женное справа колесо должно вращаться с большей скоростью по сравнениюс левым колесом. В течение периодавремени существования этой большейскорости вал расположенного справаколеса вращается с большей скоростью,чем центральное приводное кольцо икорпусдифференциала.Когда вал вращается быстрее, чемприводное кольцо, то вследствие соединения сцепления между втулкой оси16 и соседним нажимным кольцом, этонажимное кольцо приобретает тенденцик вращению с большей скоростью посравнению с центральным приводнымкольцом. Это приводит к тому, что про. исходит разъединение сцепленных зубьев (фиг, 4) вследствие того, что зубья нажимного кольца перемещаются5 вперед быстРее, чем клинообразные зубья центрального приводного кольца. Таким образом, задняя поверхность зубьев нажимного кольца отходит в сторону от передней поверхности зубьев центрального приводного кольца, Это перемещение могло бы привести к продолжению контактирования зубьев до тех пор, пока они не придут в контакт своими противоположными поверхностя 15 ми, т,е. непрерывное перемещение могло бы привести к тому, что передние поверхности зубьев нажимного кольца будут контактировать с задними поверх ностями зубьев центрального кольца.Однако для того, чтобы предотвратить мгновенно отделяющиеся клинообразные зубья от поворотного контак тирования своими противоположными поверхностями, стопорное кольцо 23 размещается таким образом, что его зубья контактируют с поверхностями зубьев двух нажимных колец. Как можно видеть на фиг. 5, задние поверхности зубьев на правом нажимном кольце контактируют с передними поверхностями зубьев шлиц стопорного кольца, Обратный процесс происходит на зубьях расположенных с левой стороны. Другими словами, преодолевается мертвый ход, и зубья входят в контакт таким образом, что они образуют стопор и всрезультате этого удерживают клинообразные зубья в положении, показанном на фиг. 4.40Вследствие того, что клинообразные зубья (фиг, 4) не контактируют на правой от них стороне, расположенное справа нажимное кольцо имеет тенденцию перемещаться во внутрь в45 осевом направлении, т.е. влево, и центрировать себя в ненагруженном положении. Следовательно, происходит разделение взаимодействующих между собой сцепляющихся поверхностей.50 Теперь втулка оси отсоединяется от нажимного кольца, в результате чего оно приобретает воэможность вращаться свободно и независимо от центрального приводного кольца, В результате этого расположенная справа ось вращается свободно, т,е, на нее не передается крутящий момент, Однако ось, находящаяся с правой стороны, по."преж. нему остается под воздействием крутящего момента двигателя, при этом левое нажимное кольцо контактирует своими зубьями с клинообразными зубьями центрального приводного кольца и действует обычным образом.Взаимодействующие друг с другом, но свободно сцепленные зубья стопор- ного кольца и шлицы нажимного кольца образуют вместе стопор. В одном положении этот стопор обеспечивает возможность для клинообразных зубьев центрального кольца входить в зацепление с зубьями нажимного кольца, в другом положении, т,е. когда одна из осей вращается с большей, чем кор пус, скоростью, этот сопор обеспечивает возможность отсоединения клинообразных зубьев и удерживания их в этом состоянииВ течение промежутка времени, когда клинообразные зубья находятся в зацеплении, силы, обуславливающие заклинивающее воздействие, принуждают соответствующие нажимные кольца перемещаться во внешнее пространство. Од нако, когда они не взаимодействуют друг с другом, имеется присущая нажимным кольцам тенденция двигаться вовнутрь, Для того, чтобы обеспечить возможность немедленного реагирования контактного сцепления, спиральная прупружина 30 обеспечивает небольшое пружинное воздействие, которое в обычных условиях вынуждает оба нажимных кольца разделиться и двигаться в осевом направлении во внешнее пространство для того, чтобы занять положения, обеспечивающие сцепление при контакте,Относительные пропорциональные разразмеры, которые необходимо придать элементам дифференциала для того, чтобы обеспечить самоблокирование сцеплений дифференциала конической формы, могут быть выражены следующим математическим соотношением: ТагВ = (сагА) г 74 Г 1, где В - угол наяалма, кулачковый угол; г - средний радиус кулачкового сцепления; К - средний радиус поверхности сцепления; Ч - коэффициент трения; А - угол конуса,Угол наилма В соответствует углу поверхности клинообразного зуба относительно высоты или линии, которая делит пополам треугольник, образован 1237072ный противоположными поверхностями :соседних зубьев. Другими словами этосоответствует углу между гипотенузой(поверхности зуба) и высотой равносто. роннего треугольника, образованного 5 соседними поверхностями клинообразно" го зуба.ГХотя сцепление относится к устройствам конического типа, могут такжеиспользоваться сцепления дисковоготипа, что зависит от требований,предъявляемых к дифференциалу. Такимобразом, на фиг. 7 и 8 представлена модификация предлагаемого устройства,которая подобная по типу действия 5и конструкции той, которая показанана фиг, 1-6, но в которой используются сцепления дискового типа вместо .конических сцеплений. На фиг. 7 показана конструкция дифференциала, которая включает корпус 1, выполненный из противоположных по виду частей 2 и 3, подобный корпусу, показанному на фиг. 1. Противоположные оси или валы 14 входят внутрь корпуса таким , же образом, как зто было описано вью. ше, причем каждая из осей включает втулку оси 16 в которой имеются внутренние шпицы, приходящие в зацепление с внутренними шлицами, образо" ванными на внутренних концах валов 14.Внутренние или торцовые концы втулки оси 31 имеют уменьшенный диаметр и окружены стопорным кольцом 32, которое имеет внешний шлицевой зуб 35 33. Спиральная пружина 34 окружает снабженное шлицем стопорное кольцо и закрепляется внутри открытого центра центрального приводного кольца 18, которое подобно центральному привод ному кольцу.Нажимные кольца 20 имеют клинообразные зубья 21, которые сцепляются с имеющими соответствующую форму кли" нообраэными зубьями 19, расположен ными на центральном приводном кольце 18.Нажимное кольцо 20 включает зуб, имеющий конфигурацию внутреннего шли" ца 22, который сцепляется с шлицевыми 50 зубьями стопорного кольца точно та ким же образом, как показано на фиг. 3 и 4 при рассмотрении варианта практического осуществления, показанного на фиг. . Однако второй 55 зуб 35, имеющий конфигурацию шлица выполнен на внешней поверхности нажимных колец. Эти зубья 35 сцепляются с внутренними шлицами 36, вьг-,полненными на кольцах 37 сцепления,которые окружают нажимные кольца.Множество плоских пластин 38 сцепления окружают каждую втулку 31 и зажаты между контактирующей поверхностью 39 внешней пластины нажимногокольца и кольцевым образованием 40,имеющим форму наковальни или ребра,выполненным внутри корпуса (фиг 7),Пластины 38 сцепления перемежаютсяпластинами, имеющими внешние выемки,в которые входят зубья шпица 36 внешнего кольца 32 сцепления, и пластинами уменьшенного диаметра, которыеимеют внутренние выемки, в которыевходят зубья 41 шлицевого типа втулки 31. Таким образом, пластины 39сцепления попеременно располагаютсямежду пластинами увеличенного диаметра 42 и уменьшенного диаметра 43,которые сжимаются вместе под давлением поверхности 39 нажимного кольца,направленным в сторону кольцевого об"раэования 40, Это давление возникаетв том случае, когда зубья нажимногокольца 21 входят в контакт и приводятся в движение клинообразными зубьями19 центрального приводного кольца,как показано на фиг. 2.,Когда ось начинает вращаться спревышением скорости, связанная с нейнажимная пластина перемещается в,образованное зазором пространственноеотделенное положение, показанное нафиг. 4, т.е. где происходит отсоединение клинообразных зубьев, и плоская, передающая давление поверхность,или поверхность 39 сцепления движется в осевом направлении вовнутрь всторону центрального приводного кольца таким образом, чтобы снять давление, прикладываемое к пластинам сцепления, и разомкнуть сцепление.Внутренний шлиц 22 нажимного кольца 20 находится в контакте и скользитв осевом направлении относительношлица 33 стопорного кольца 32 для того, чтобы обеспечить возможность стопорного и отделяющего действия, которое представлено на фиг. 5.Как и в случае сцепления коническо.го типа, обеспечение небольшого перемещения в осевом направлении нажимного кольца, величина которого находится в пределах нескольких тысячныхдюйма, оказывается достаточным для,того, чтобы обеспечить сцепление илирасцепление системы сцепления для этой конкретной оск. Таким образом, обеспечивается минимальный износ по" верхностей сцепления, а сам процесс сцепления и отсоединения осуществляет"ся практически мгновенно. В сцеплении дискового типа, равно как ив сцеплении. конического типа, поверхности сцепления находятся в контакте, когда скорос-ти элементов одинаковы,что фактически 10 исключает износ, связанный с введением в контакт илк размыканием контакта.Относительные пропорции элементов, необходимых для обеспечения дкфферен 1237072 оцкана дискового типа Фиг. 7 и 8),который обеспечивал бы самоблокированке элементов сцепления такого дифференциала, несколько отличаются отпропорций выраженных математическимсоотношением, приведенным выше в свя"зи со сцеплением конического типа.Это соотнесение имеет следующий вид:ТагВ =-. г/КИЧ, где В - угол нагрузки,кулачковый угол; г - средний радиуснажимного сцепления; Е - средний радиус поверхности сцепления; Я - число фрккционных поверхностей; Ч -коэффициент трения,1",ред ЛСердюкова Корректор Г, Решетли Редактор В. Ива аз 3100/5 оиэводствечно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектпая,Тираж 64ВНИИПИ Государственнпо делам изо 6 ретеп 113035, 11 осква, 7-35, Р Подгисноего комитета СССРй и открь;тийупская ыаГ д.